[发明专利]一种三模冗余表决器

说明书

技术领域

本发明属于数字电路表决器技术领域，具体涉及一种三模冗余表决器。

背景技术

三模冗余技术作为常用的容错技术在工业、交通控制以及航空航天领域广泛使用。三模冗余技术就是把系统再额外复制两份，通过比较三个一模一样的系统的输出信号来得到最终的输出结果。这种以“少数服从多数”原则做判决的表决器称为多数表决器，由此可见多数表决器是三模冗余系统中必不可少的判决模块。为了更好的发挥三模冗余技术可靠性，不单只是对系统的输入输出信号进行三模冗余，还会对系统每个模块甚至模块中的每个单元都进行三模冗余处理，这就需要大量的表决器，从而其增大了系统的功耗和面积。而对于一些对于功耗和面积要求严格的系统活着产品，三模冗余技术的应用就受到了限制。因此有必要研究设计一种低功耗低硬件开销的表决器，来降低系统的功耗和硬件开销。

冯·诺伊曼早在1956年就在标题为Probabilistic logics and synthesis of reliable organisms from unreliable components（in Automata Studies,C.Shannon and J.McCarthy,Eds.Princeton University Press,1956,pp.43–98.）的文献中提出利用冗余和多数表决器来构造可靠系统。从此多模冗余和三模冗余就作为一种最基本的技术在可靠性系统中被广泛应用。由于三模冗余需要额外的硬件开销较小，且其可靠性非常接近多模冗余，使得三模冗余技术在工业、交通控制以及航空航天领域广泛使用。

传统三输入表决器如图1所示，其将三组输入信号两两一组进行“与”运算，再将“与”运算的结果进行“或”运算后作为表决器的表决结果输出。从图1中的真值表可以看出，这个表决器是满足三模冗余系统“少数服从多数”的要求，即只要保证三组输入信号中有两个输入信号是正确的，那最后的判决结果也是正确的。但是这个表决器的硬件开销还是比较大，以标准CMOS工艺下实现的传统表决器为例，一个“与”运算单元需要6个MOS晶体管，一个“或”运算单元需要8个MOS晶体管，这样整个表决器就需要26个MOS晶体管。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种三模冗余表决器，可以大大减小表决器的硬件开销及功耗，进而减小三模冗余系统的硬件开销及功耗。

一种三模冗余表决器，包括两个传输门C1～C2、一异或门和一反相器；其中：

异或门的第一输入端为表决器的第一输入端，异或门的第二输入端与传输门C1的输入端相连且为表决器的第二输入端，传输门C2的输入端为表决器的第三输入端，异或门的输出端与反相器的输入端、传输门C1的P管控制极和传输门C2的N管控制极相连，反相器的输出端与传输门C2的P管控制极和传输门C1的N管控制极相连，传输门C1的输出端与传输门C2的输出端相连且为表决器的输出端。

所述的异或门以三组输入信号中的任意两组作为自身输入信号，若这两组输入信号同为0或者1，则异或门输出为0；若这两组输入信号不同，则异或门输出为1。

所述的反相器对异或门的输出结果做反相处理，若异或门的输出结果为1，则反相器输出为0；若异或门的输出结果为0，则反相器输出1。

所述的传输门C1以异或门的任一输入信号作为自身输入信号，以异或门的输出结果以及反相器的输出结果作为自身控制信号，若异或门的输出结果为0且反相器的输出结果为1，则传输门C1将自身输入信号直接输出，否则不输出信号。

所述的传输门C2以三组输入信号中未被异或门作为输入的剩余最后一组信号作为自身输入信号，以异或门的输出结果以及反相器的输出结果作为此自身控制信号，若异或门的输出结果为1且反相器的输出结果为0，则传输门C2将自身输入信号直接输出，否则不输出信号。

由此，本发明表决器在标准CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺下实现，一个异或门只包含6个MOS晶体管，一个反相器由2个MOS晶体管实现，一个传输门由2个MOS晶体管实现，故整个表决器只需要12个MOS晶体管即可实现三模冗余表决的功能，相比传统表决器节省了一半的晶体管，大大减小表决器的硬件开销及功耗，从而减小三模冗余系统的硬件开销及功耗。

附图说明

图1(a)为传统三输入表决器的结构示意图。

图1(b)为传统三输入表决器的真值表。

图2为本发明表决器的结构示意图。

图3为本发明表决器输入输出功能仿真示意图。

具体实施方式